KR20090129329A - Reckoning altimeter and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 일반적으로 추측 항법 시스템(dead reckoning systems)에 관한 것이며 특히 고도 변화를 측정하기 위한 속도계 및 전진 가속도계(forωardlooking accelerometer)를 이용하는 추측 항법 고도계 기구(dead reckoning altimeter apparatus)에 관한 것이다. 본 개시는 또한 경사각(inclination angle)을 측정하기 위한 속도계 및 전진 가속도계를 이용하는 경사계 기구(inclinometer apparatus)에 특히 관련된다.TECHNICAL FIELD This disclosure relates generally to dead reckoning systems and in particular to dead reckoning altimeter apparatus using a speedometer and forωardlooking accelerometer to measure altitude changes. The present disclosure is also particularly relevant to an inclinometer apparatus using a speedometer and a forward accelerometer for measuring the inclination angle.
추측 항법(dead reckoning; DR)은 이전에 결정된 위치를 기초로 현재 위치를 측정하고 측정된 속도, 방향 및/또는 가속도에 그 위치를 선행하는 과정이다. DR은 처음 알려진 위치, 또는 위치(fix)로 시작한다. 위치(fix)는 레이징(ranging), 삼각측량 또는 맵 매칭(map matching)을 이용하여 결정될 수 있다. 추측 항법을 시작하는 것에서 초기 위치(initial position fix)를 설정하기 위한 글로벌 네비게이션 위성 시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)에서 레이징하기 위해 무선 신호를 이용하는 것은 일반적이다. . Dead reckoning (DR) is the process of measuring a current position based on a previously determined position and preceding that position with the measured velocity, direction and / or acceleration. DR starts with the first known location, or fix. The fix may be determined using ranging, triangulation or map matching. In initiating dead reckoning, it is common to use a radio signal to raise in a Global Navigation Satellite System (GNSS) to set an initial position fix. .
추측 항법 속도는 많은 방법으로 측정될 수 있다. 현대 기구(modern instrumentation)를 이용하기 전에, 로그(log)라고 불리는, 나무 부표(wood float)를 배 밖으로 던지고 배가 물을 헤쳐 전진할 때 모래시계로 측정한 시간 동안 선원의 손을 통과한 부표에 묶인 선에 매듭을 세어서 DR 속도를 결정하였다. 많은 현대 상선들은 물 속도를 측정하기 위해 엔진 rpm, 즉 자동적인 로그 또는 저면 탐지 도플러 수중음파탐지기(bottom looking Doppler sonar)를 이용한다. 도로 차량(road vehicles)은 전형적으로 그들의 바퀴의 회전 속도(revolution rates)를 측정해서 그 속도를 측정한다. 도로 차량은 또한 속도 측정을 위해 엔진 rpm 및 도플러 수중 음파 탐지기 또는 도플러 레이더를 이용할 수 있다. 수평 방향은 자기 게이트 콤파스(magnetic gate compass) 또는 플럭스 게이트 콤파스(flux gate compass)로 측정될 수 있다. 추측 항법 방향은 또한 각속도 센서(angular rate sensor)에 의해 감지된 각 변화의 속도를 통합해서 결정될 수 있다. 각속도 센서는 자이로(gyro)로 불리기도 한다. 방향 선형 가속도를 통합하는 관성 장치(inertial system)는 추측 항법에, 특히 항공기에 이용될 수 있다. The dead reckoning speed can be measured in many ways. Before using modern instrumentation, a wooden float, called a log, is thrown out of the boat and the buoy passes through the hands of the sailor for the time measured by an hourglass as the boat advances through the water. DR speed was determined by counting knots on the tied line. Many modern merchant ships use engine rpm, an automatic log or bottom detection Doppler sonar, to measure water speed. Road vehicles typically measure their speed by measuring the revolution rates of their wheels. Road vehicles may also use engine rpm and Doppler sonar or Doppler radar for speed measurements. The horizontal direction may be measured with a magnetic gate compass or a flux gate compass. The dead reckoning direction can also be determined by integrating the speed of each change detected by the angular rate sensor. An angular velocity sensor is also called a gyro. An inertial system incorporating directional linear acceleration can be used for dead reckoning, in particular in aircraft.
글로벌 네비게이션 위성 시스템(global navigation satellite system; GNSS)의 편리성 및 정확도의 측면에서 발전에도, 연속 GNSS 위치(fix)를 얻을 수 없거나 잡음이 많은 경우에 추측 항법이 계속 필요하다. 게다가, 글로벌 네비게이션 위성 시스템의 위치 결정은 수평 위치 및 수평 헤딩 각도보다 고도 및 수직 헤딩 각도가 덜 정확하고 더 잡음이 많은 경향이 있다. Despite advances in terms of convenience and accuracy of global navigation satellite systems (GNSS), dead reckoning is still needed when continuous GNSS fixes are not available or noisy. In addition, positioning of global navigation satellite systems tends to be less accurate and more noisy in elevation and vertical heading angles than horizontal position and horizontal heading angles.
대체로, 본 명세서는 고도 변화를 측정하기 위해 속도계 및 전진 가속도계를 이용하는 고도 추측 항법 시스템에 관련된다. In general, the present disclosure relates to an altitude guess navigation system that uses a speedometer and a forward accelerometer to measure altitude changes.
본 명세서는 전진 운동(forward motion)을 측정함으로써 고도 변화를 측정하는 기구 및 방법을 기술한다. 본 명세서는 또한 전진 운동을 측정해서 경사각을 결정하는 기구 및 방법을 기술한다. This specification describes an instrument and method for measuring altitude change by measuring forward motion. The present disclosure also describes a mechanism and method for determining the angle of inclination by measuring forward movement.
일 실시예는 전진 속도(forward speed)를 결정하는 속도계(speedometer); 전진 가속도(forward acceleration)를 측정하는 가속도계(accelerometer); 및 속도 및 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 DR 계산기(DR calculator);를 포함하는 추측 항법 고도계(dead reckoning altimeter)를 제공한다. 고도계는 또한 요각속도(yaw angle rate)를 측정하는 요레이트 센서(yaw rate sensor) 및 요각속도에 따라 측정된 가속도를 보정하는 요보정장치(yaw compensator)를 포함하며 DR 계산기는 고도 변화를 계산하기 위해 속도와 함께 보정된 가속도를 이용하도록 형성될 수 있다. One embodiment includes a speedometer that determines the forward speed; An accelerometer that measures forward acceleration; And a DR calculator for calculating an altitude change based on the speed and the measured acceleration. The altimeter also includes a yaw rate sensor that measures the yaw angle rate, and a yaw compensator that corrects the acceleration measured according to the yaw rate, and the DR calculator calculates the altitude change. It can be configured to use the corrected acceleration along with the hazard velocity.
또 다른 실시예는 전진 속도를 결정하는 것; 전진 가속도를 측정하는 것; 및 속도 및 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 것;을 포함하는 추측 항법 고도(dead reckoning altitude)를 위한 방법을 제공한다. 방법은 또한 요각속도를 측정하는 것, 요각속도에 따라 측정된 가속도를 보정하는 것 및 고도 변화를 계산하기 위해 속도와 함께 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함한다. Another embodiment is to determine a forward speed; Measuring forward acceleration; And calculating a change in altitude based on the speed and the measured acceleration; and providing a method for dead reckoning altitude. The method also includes measuring the yaw rate, correcting the measured acceleration in accordance with the yaw rate, and using the corrected acceleration along with the speed to calculate the altitude change.
또 다른 실시예는 전진 속도를 결정하는 속도계; 전진 가속도를 측정하는 가속도계; 및 속도변화율 및 측정된 가속도를 기초로 경사각을 계산하는 경사각 계산기((incline angle calculator);를 포함하는 경사계(inclinomemter)를 제공한다. 경사계는 또한 요각속도를 측정하는 요레이트 센서 및 측정된 가속도를 보정하기 위해 요각속도를 이용하도록 형성된 요보정장치를 포함하며 경사각 계산기는 경사각을 계산하기 위해 속도변화율과 함께 보정된 가속도를 이용하도록 형성될 수도 있다. Yet another embodiment includes a speedometer for determining a forward speed; An accelerometer for measuring forward acceleration; And an inclinomemter that includes an incline angle calculator that calculates the inclination angle based on the rate of change and the measured acceleration.The inclinometer also includes a yaw rate sensor that measures the yaw rate and the measured acceleration. An inclination correction device configured to use the yaw rate to correct the tilt angle calculator may be configured to use the corrected acceleration together with the rate of change of velocity to calculate the tilt angle.
또 다른 실시예는 전진 속도를 결정하는 것; 전진 가속도를 측정하는 것; 및 측정된 가속도 및 속도변화율을 기초로 경사각을 계산하는 것;을 포함하는 경사각 결정 방법을 제공한다. 방법은 또한 요각속도를 측정하는 것, 요각속도에 따라 측정된 가속도를 보정하는 것 및 경사각을 계산하기 위해 속도변화율과 함께 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함할 수도 있다. Another embodiment is to determine a forward speed; Measuring forward acceleration; And calculating an inclination angle based on the measured acceleration and the rate of change of velocity. The method may also include measuring the yaw rate, correcting the measured acceleration according to the yaw rate, and using the corrected acceleration along with the rate of change of velocity to calculate the tilt angle.
한 실시예에서 고도 변화는 전진 속도 및 전진 가속도를 기초로 결정된다.In one embodiment the altitude change is determined based on the forward speed and the forward acceleration.
한 실시예에서 경사각은 전진 속도변화율 및 전진 가속도를 기초로 결정된다.In one embodiment, the inclination angle is determined based on the rate of change of the forward speed and the rate of forward acceleration.
한 실시예에서 측정된 가속도는 요각속도를 보정한다. In one embodiment, the measured acceleration corrects the yaw rate.
한 실시예에서 측정된 가속도는 선형 위치 오프셋(linear position offset)에 따라 요각속도를 보정한다. In one embodiment, the measured acceleration corrects the yaw rate according to the linear position offset.
한 실시예에서 선형 위치 오프셋은 반대 방향 루프(opposite direction loops)를 가지는 리턴-투-포지션(return-to-position)을 기초로 결정된다.In one embodiment the linear position offset is determined based on a return-to-position with positive direction loops.
한 실시예에서 측정된 가속도는 요 얼라이먼트 각(yaw alignment angle)에 따라 요각속도를 보정한다. In one embodiment, the measured acceleration corrects the yaw rate according to the yaw alignment angle.
한 실시예에서 요 얼라이먼트 각은 반대 방향 루프(opposite direction loop)를 가지는 리턴-투-포지션(return-to-position)을 기초로 결정된다. In one embodiment the yaw alignment angle is determined based on a return-to-position with an opposite direction loop.
한 실시예에서 측정된 가속도는 가속도계 바이어스(accelerometer bias)를 보정한다. In one embodiment, the measured acceleration corrects the accelerometer bias.
한 실시예에서 설치 가속도계 바이어스(installation accelerometer bias)는 반대 대향 방향을 가지는 리턴-투-포지션(return-to-position)을 기초로 결정된다.In one embodiment, the installation accelerometer bias is determined based on return-to-position with opposite directions.
한 실시예에서 재가동(restart) 가속도계 바이어스는 마지막 경사각을 기초로 결정된다.In one embodiment, the restart accelerometer bias is determined based on the last tilt angle.
한 실시예에서 업데이트된 가속도계 바이어스는 외부 고도 위치(fix) 및 선위 추측된 고도(dead reckoned altitudes) 사이의 차이를 기초로 보정된다(calibrated). In one embodiment the updated accelerometer bias is calibrated based on the difference between the external altitude fix and the dead reckoned altitudes.
본 발명의 상기 실시예와 다른 실시예 및 본 발명의 상기 속성과 다른 속성은 뒤에 오는 상세한 설명을 읽고 각종 그림을 본 후에 기술분야에서 일반적인 기술을 가진 자에게 자명하게 될 것이다. The above embodiments of the present invention and other embodiments, and the above attributes and other attributes of the present invention will become apparent to those skilled in the art after reading the following detailed description and viewing the various figures.
바람직한 실시예의 세부사항 및 본 발명의 아이디어를 실행함에 있어 최선 형태를 설명할 것이다. 본 발명의 아이디어를 실행하기 위해 바람직한 실시예의 세부사항 모두를 채택할 필요가 없음을 이해해야 한다. The details of the preferred embodiment and the best mode for carrying out the idea of the present invention will be described. It should be understood that it is not necessary to adopt all of the details of the preferred embodiment to implement the idea of the present invention.
도 1은 각각 참조 번호 10 및 12로 표시된 추측 항법(DR) 고도계 기구 및 경사계 기구를 도시한다. 기구(10, 12)는 수평면(18)에서 미지의 경사각(θ)을 가지는 전진 운동 방향(16)을 가지는 차량(14)으로 운반되는 것으로 예정된다. 차 량(14)은 뒷바퀴(22) 및 앞바퀴(23)가 지면(25)에 위치하는 자동차, 트럭, 기차, 트롤리(trolley) 등일 수 있다. 1 shows a dead reckoning (DR) altimeter mechanism and inclinometer mechanism, indicated by reference numerals 10 and 12, respectively. The instruments 10, 12 are intended to be transported in a
기구(10, 12)는 속도계(32) 및 전방 선형 가속도계(34)를 포함한다. 차량(14)은 차량(14)의 회전 중심(turn center; 92)(도 5)을 통과하고 차량(14)에 수직인 회전 반경선(turn radius line; R)(도 5)을 가진다. 앞바퀴(23)로 도는 차량(14)에 있어 회전 반경선(R)은 뒷바퀴(22)의 차축을 거의 통과한다. 가속도계(34)는 회전 반경선(R)에 대하여 설치 선형 위치 오프셋(L)을 가진다. 선형 위치 오프셋(L)은 전진 방향(16)으로 설명된다. The instrument 10, 12 includes a
DR 고도계 기구(10)는 DR 고도 계산기(40)(도 2)를 포함한다. 경사계 기구(12)는 경사각 계산기(42)(도 2)를 포함한다. 속도계(32)는 알려진 기간 동안에 측정된 거리를 기초로 전진 속도(v(t))를 계산하기 위한 계산 장치를 포함하는 속도 측정기(speed measuring device) 또는 거리 측정기(distance measuring device)일 수도 있다. 속도계(32)는 거리를 측정하고 일정 시간 동안 뒷바퀴(22) 또는 앞바퀴(23)의 회전수를 기초로 전진 방향(16)의 속도(v(t))를 계산하는 회전속도계(tachometer) 또는 주행계(odometer)일 수도 있다. 또는, 속도계(32)는 도플러 레이더 또는 도플러 수증 음파 탐지기 또는 지면(25)에서 반사된 신호에서 측정하는 광학장치를 가지는 차량(14)의 전진 속도(v(t))를 측정할 수도 있다. 예를 들면 비행기는 도플러를 기초로 속도(v(t))를 계산하는 속도계(32)를 가진 기구(10, 12)를 이용할 수도 있다. 가속도계(34)는 전진 방향(16)의 가속도(αm(t))를 측정하기 위해 탑재된 단축 장치(single axis device)일 수도 있고, 둘 또는 세 개의 축 선형 가속도 측정장치의 선형 조합을 이용하여 전진 방향(16)의 가속도(αm(t))를 측정하는 두축 또는 삼축 장치(two or three axis device)일 수도 있다. The DR altimeter instrument 10 includes a DR altitude calculator 40 (FIG. 2). Inclinometer mechanism 12 includes a tilt angle calculator 42 (FIG. 2). The
도 1a는 차량(14)의 전진 방향(16)에 대하여 요 얼라이먼트 각(γ)을 가지는 측정 방향(46)을 가지는 가속도계(34)의 물리적 탑재를 도시한다. 간단한 경우에 측정 방향(46)은 전진 방향(16)과 동일하다. 그러나, 가속도계(34)를 위한 센서는 수평면에서 요 얼라이먼트 각(γ)만큼 측정 방향(46)이 전진 방향(16)과 차이가 나도록 탑재될 수도 있다. FIG. 1A shows the physical mounting of an
도 2는 DR 고도 계산기(40) 및 경사각 계산기(42)를 가지는 추측 항법 고도 기구(10) 및 경사계 기구(12)의 블록도이다. 기구(10, 12)는 가속도 보정장치(50) 및 요레이트 센서(52)를 포함한다. 요레이트 센서(52)는 요각속도(ω(t))를 측정한다. 가속도 보정장치(50)는 보정된 가속도(αc(t))를 결정하기 위해 요각속도(ω(t))의 영향 및 가속도계 바이어스(β)의 영향에 대한 측정된 가속도(αm(t))를 보정한다.2 is a block diagram of the dead reckoning altitude mechanism 10 and the inclinometer mechanism 12 having the
DR 고도 계산기(40)는 고도 변화(ΔH)를 계산하기 위해 전진 속도(v(t)) 및 보정된 전진 가속도(αc(t))를 이용한다. 경사각 계산기(42)는 시간에 대한 속도 변화율(Δv/Δt)을 결정하기 위해 속도(v(t))를 이용하는 속도율 계산기(speed rate calculator; 55)를 포함하며 경사각(θ)을 계산하기 위해 보정된 전진 가속도(α c(t))와 함께 속도율(Δv/Δt)을 이용한다. The
도 3은 가속도 보정장치(50)의 기능적 블록도이다. 가속도 보정장치(50)는 요 거리 보정장치(yaw distance compensator; 64) 및 요 얼라이먼트 보정장치(yaw alignment compensator; 66)를 포함하는 요보정장치(yaw compensator; 62)를 포함한다. 요 거리 보정장치(64)는 차량(14)이 회전할 때(빗나갈 때(yawing)) 발생하는 위치 오프셋 가속도 측정 에러(position offset acceleration measurement error)를 계산하기 위해 측정된 요각속도(ω(t)) 및 오프셋(L)을 이용하고, 이 에러를 측정된 가속도(am(t))에 보정한다. 위치 오프셋 에러는 ω2(t)×L로 계산된다. 차량(14)이 회전할 때(빗나갈 때(yawing)) 발생하는 요 얼라이먼트 각 가속도 측정 에러(yaw alignment angle acceleration measurement error)를 계산하기 위해 요 얼라이먼트 보정장치(66)는 측정된 요각속도(ω(t)), 속도(v(t)) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 이용하며, 이 에러를 측정된 가속도(αm(t))에 보정한다. 요 얼라이먼트 각 에러는 ω(t)×v(t)×γ로 계산된다.3 is a functional block diagram of the
가속도 보정장치(50)는 또한 리턴-투-포지션 보정 검출기(return-to-position compensation detector; 72), 재가동 바이어스 검출기(restart bias detector ;74) 및 가속도계 바이어스 보정장치(accelerometer bias compensator; 76)를 포함한다.
보정 검출기(72)는 트리거(trigger) 사이의 고도 변화(ΔH)를 추적하고, 트 리거 사이의 고도 변화(ΔH)의 합이 0이 되도록, 또는 리턴 고도(HR)가 시작 고도(H1)와 같아지도록 설치 가속도계 바이어스(βI)를 결정한다. 주차위치 피치 각의 효력을 제거하기 위하여, 차량(14)은 고도(HR 및 H1)를 결정하기 위해 반대 방향을 향하여 주차될 수도 있다. 합이 0인 고도 변화(ΔH's)에 기인하는 가속도계 바이어스(βI)가 결정된다. 기구(10, 12)가 수평 위치가 복귀된 것을 감지할 때, 또는 수동으로 작동자가 같은 위치로 복귀했음을 알았을 때 트리거는 (가급적이면 수동 작동(enablement) 후에) 자동화될 수 있다. 가속도계 바이어스(βI), 선형 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)의 조합을 결정하기 위하여, 차량(14)은 적어도 한번은 시계 방향 루프에서 또한 적어도 한번은 반시계 방향에서 시작 위치로 재회전(loop back)하도록 구동된다. 이 작동은 도 8 및 도 7b와 7c의 순서도에 도시되어 있고 동반된 상세한 설명에 기술되어 있다.The calibration detector 72 tracks the change in altitude (ΔH) between triggers, so that the sum of the change in altitude (ΔH) between the triggers is zero, or the return altitude (H R ) is the starting altitude (H 1). Determine the installation accelerometer bias (β I ) so that In order to eliminate the effect of the parking position pitch angle, the
재가동 바이어스 검출기(74)는 차량(14)가 움직이기 시작할 때의 속도(v(t))가 여전히 거의 영이라는 아이디어 및 움직이기 시작할 때의 경사각(θ)이 차량(14)이 멈추기 직전의 마지막 경사각(θL)과 거의 같다는 아이디어를 이용한다. 그러므로, 재가동 가속도계 바이어스(β0)는 식 1로 계산된다. 식 1에서 가속도(α)는 바람직하게 요각속도(ω(t))로 가속도를 보정한 후에 취한다. g는 중력 가속도 상수이다. The
식 1) β0 =α-g sinθL Equation 1) β 0 = α-g sinθ L
기구(10, 12)가 전원이 꺼진 후 워밍업할 때 가속도계 바이어스(β)가 급속하게 변화할 수도 있다. 가속도계 바이어스(β)가 정확하게 측정(calibration)되기에 충분히 안정되기 전에는 워밍업 시간이 길어질 것이다. 움직이기 시작할 때의 경사각(θL)이 멈추기 직전 마지막으로 움직일 때 마지막에 계산된 경사각(θL)에서 변하지 않았다는 가정 및 움직이기 시작할 때의 속도(v(t))가 0이라는 가정 하에 재가동 가속도계 바이어스(β0)를 결정하여 이 문제를 식 1에 따라 경감시킬 수 있다. The accelerometer bias β may change rapidly when the instrument 10, 12 warms up after the power is turned off. The warm-up time will be long before the accelerometer bias β is stable enough to be accurately calibrated. Moving the tilt angle speed when (θ L) starts to assume and to move the stop not changed in the tilt angle (θ L) calculated in the last the last time it was moved immediately before at the beginning (v (t)) is restarted under the assumption that 0 accelerometer The bias β 0 can be determined to alleviate this problem according to equation (1).
가속도계 바이어스 보정장치(76)는 측정된 가속도(αm(t))를 보정하기 위해 설치 바이어스(βI) 및/또는 재가동 바이어스(β0) 및/또는 외부 네비게이션 정보와 비교하여 결정된 바이어스(β)를 이용한다. 바이어스(β)를 연속적으로 더 잘 측정하기 위해 칼만 필터(80)(도 4)가 가속도계 바이어스 보정장치(76)의 일부로서 포함될 수도 있다. 칼만 필터가 새로운 보정(calibration)을 얻을 때 바이어스 보정장치(76)는 설치 가속도계 바이어스(βI), 재가동 가속도계 바이어스(β0) 및 새로 보정된 가속도계 바이어스(β) 사이에서 전환하기 위한 바이어스 스위치를 포함할 수도 있다. The accelerometer bias compensator 76 compares the installation bias β I and / or the restart bias β 0 and / or external navigation information to correct the measured acceleration α m (t). ). A Kalman filter 80 (FIG. 4) may be included as part of the accelerometer bias corrector 76 to better continuously measure the bias β. When the Kalman filter obtains a new calibration, the bias compensator 76 switches a bias switch to switch between the installation accelerometer bias (β I ), the restart accelerometer bias (β 0 ), and the newly calibrated accelerometer bias (β). It may also include.
g×sin(수직 미스얼라이먼트 각(vertical misalignment angle))의 거의-일정 한 중력가속도 바이어스 용어(near-constant gravity bias term)에 의해 가속도(αm(t)) 측정값을 변경하기 위해 가속도계(34)의 작은 수직 미스얼라이먼트 각(vertical misalignment angle)이 중력 가속도(g)와 작용한다. 이 중력 바이어스 용어는 결정되고 보정된 가속도계 바이어스(β)를 유효하게 추가한다 (또는 감한다). Accelerometer (34) to change the acceleration (α m (t)) measurement by a near-constant gravity bias term of g × sin (vertical misalignment angle). The small vertical misalignment angle of) acts on the gravitational acceleration (g). This gravity bias term effectively adds (or subtracts) the determined and corrected accelerometer bias β.
도 4는 칼만 필터(80) 및 하나 이상의 외부 위치결정 소스(external positioning source; 82)를 가지는 기구(10, 12)의 블록도이다. 대표적인 외부 소스(82)는 글로벌 네비게이션 위성 시스템(GNSS) 수신기(84), 기압 고도계(baroaltimeter; 85) 및 맵 매처(map matcher; 86)를 포함하지만 이것으로 제한되지 않는다. GNSS 수신기(84)는 GNSS-기반 외부 고도 위치(GNSS-based external altitude fix)(HEXT)를 포함하는 3차원 위치, 시간, 삼차원 속도, 경사각을 포함한 3차원 방향(heading), 위성 신호 도플러(satellite signal Dopplers), 위성 의사 거리(satellite pseudoranges) 등과 같은 GNSS-기반 위치 결정 정보(GNSS-based positioning information)를 제공하기 위해 GNSS 신호를 수신하고 처리한다. 기압 고도계(85)는 기압-기반 외부 고도 위치(air pressure based external altitude fix)(HEXT)를 제공한다. 전자 맵 상의 선에 도로 또는 트랙 상의 위치를 맞추고 방향 지시 정보(direction heading information)에 따라 도로 또는 트랙의 좌 또는 우측을 맞추기 위해 위치가 조정된 맵을 제공하기 위해 맵 매처(86)는 GNSS 수신기(84)로부터 위치 및 방향을, 또는 칼만 필터(80)의 출력을 이용한다. 그러고 나 서 맵 매처(86)는 도로 또는 트랙 또는 선을 따른 위치를 측정한 것에 가장 잘 맞는 맵을 제공한다. 도로, 트랙 또는 선에 따른 위치는 칼만 필터(80)에 의해 이용될 수 있는 지형 지도(topographic map)로서 고도(HEXT)에 기초한 맵(map based altitude)을 가질 수도 있다. 4 is a block diagram of the instrument 10, 12 having a
속도계(32), 가속도계(34), 및 요레이트 센서(52)는 칼만 필터(80)에 속도 (v(t)), 측정된 가속도(αm(t)), 및 요각속도(ω(t))를 제공한다. 칼만 필터(80)는 입력 시의 잡음 및/또는 불연속 외부 고도 위치(HEXT's) 및 출력시의 추측 항법 고도(H's) 사이의 차이를 여과하며, 추측 항법 고도(H)는 고도 변화(ΔH)를 축적하여 결정된다. 여과된 차이는 가속도계 바이어스(β)의 보정된 버전을 제공하기 위해 피드백 루프에서 이용된다. 칼만 필터(80)는 지시를 실행하기 위해 기기(10, 12) 등과 같은 컴퓨터 장치를 지시하기 위해 컴퓨터-판독가능한 지시로서 유형매체(tangible medium)에 저장될 수도 있다.The
가속도 바이어스(β), 고도 변화(ΔH's), 속도계(32)의 속도(v(t)) (또는 속도(v(t))가 ΔS/Δt에서 계산될 수 있는 속도계(32)에서의 거리(ΔS)), 측정된 전진 가속도(αm(t)) (또는 일부 보정된 가속도 또는 완전히 보정된 가속도(αc(t))) 및 외부 고도(HEXT)를 포함하나 이에 제한되지 않는 외부 소스(82))의 위치결정 네비게이션 정보를 포함하나 이에 한정하지 않는 이용가능한 어떤 정보도 필터(80)는 이용한다. 칼만 필터(80)는 고도(H)를 포함한 3차원 위치, 3차원 속도 및 경사각 (θ)을 포함하는 3차원 방향을 계산하기 위해 이 정보를 이용한다. Acceleration bias β, altitude change ΔH's, speed v (t) (or speed v (t)) of speedometer 32 (or distance at
칼만 필터(80)는 지속적으로 3D 방향, 3D 위치 및 3D 속도를 업데이트하여 측정하기 위해 다양한, 연속하고 정확한 몇 네비게이션 입력을 이용한다. 네비게이션 입력은 기압(barometric pressure), GNSS 위성 의사거리(pseudoranges), GNSS 수신기(84)에서의 도플러, 위도(latitude), 경도(longgitude) 및 외부 고도(HEXT)를 위한 맵 매칭, 방향을 위한 맵 매칭, 요각속도(ω(t))의 측정을 위해 자이로일 수 있는 요레이트 센서(52), 속도계(32)로부터 속도(v(t)) 또는 거리(S) 측정값 및 가속도계(34)에 의한 전진 가속도(αm(t)) 측정값을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. GNSS 수신기(84)는 글로벌 위치결정 시스템(Global Positioning System; GPS) 수신기일 수 있다. The
칼만 필터(80)의 내부 또는 숨겨진 가동은 측정된 가속도(αm(t))를 보정하고, 방향, 위치 및 속도 출력을 정정 및/또는 스무딩(smoothing)하기 위해 이용되는 가속도계 바이어스(β) 보정을 제공한다. 칼만 필터(80)는 "GPS의 적응 가중을 위한 위치 및 속도 측정 시스템 및 추측 항법 정보(position and velocity estimation system for adaptive weighting of GPS and dead reckoning information)"라는 표제의 Geier 등의 미국특허 5,416,712에서 기술된 칼만 필터와 유사한 방식으로 작동하며, 상기 특허는 본 출원에 참조로서 통합된다. 칼만 필터(80)의 필터링 기술을 더 잘 이해하기 위해 ISBN 1-1-58053-894-0, 저작권 2006, 매사추세츠, 노르우드사, 아트테크 하우스에 의해 발행된, 제2판, Elliot Kaplan 및 Christopher Hegarty에 의한, "GPS의 이해: 이론 및 적용"을 제공한다. Geier 등의 육상 차량에서의 센서 통합에 대한 9.3장이 특히 유익하다.Internal or hidden actuation of the
도 5는 가속도계(34)와 차량(14)의 회전 중심(92)을 통과하는 차량(14)에 수직인 회전 반경선(R) 사이의 전진 방향(16)의 위치 오프셋(L)을 도시한다. 회전에 앞바퀴(23)를 이용하는 차량(14)에 있어, 회전 반경선(R)은 뒷바퀴(22)의 차축을 거의 통과한다. 요 얼라이먼트 각(γ)은 가속도계(34)의 전진 방향(46)과 차량(14)의 전진 방향(16) 사이의 각이다. FIG. 5 shows the position offset L in the
도 6은 고도 변화(ΔH) 및 경사각(θ)을 결정하는 순서도이다. 방법의 단계는 상기 단계를 실행하기 위해 컴퓨터에 의해 읽힐 수 있는 컴퓨터-판독가능한 형태로 유체 매체(100)에 저장될 수도 있다. 기구(10, 12)는 이 단계에서 실행되도록 컴퓨터로 기능, 작용 및 운영될 수도 있다. 단계(102)에서 가속도(αm(t))를 측정한다. 단계(104)에서 속도(v(t))를 결정한다. 단계(106)에서 요각속도(ω(t))를 측정한다. 단계(110) 및 단계(112)에서 요율(ω(t))의 영향을 가속도(αm(t))에 보정한다. 단계(110)에서 요각속도(ω(t))의 함수로서 가속도에 선형 위치 오프셋(L)을 보정한다. 단계(112)에서 요각속도(ω(t)) 및 속도(v(t))의 함수로서 가속도에 요 얼라이먼트 각(γ)을 보정한다. 단계(114)에서 가속도에 가속도계 바이어스(β)를 보정한다. 설치 보정에서, 가속도계 바이어스(β)는 가속도계 바이어스(βI)로서 리턴-투-포지션 방법(return to position method; 도 8)으로부터 결정될 수도 있다. 재가동시에, 가속도계 바이어스(β)는 가속도계 바이어스(β0)로서 마지막 경사각 (θL)에서 계산될 수도 있다(도 7a). 6 is a flowchart for determining the altitude change ΔH and the inclination angle θ. The steps of the method may be stored in the
단계(116)에서 속도(v(t)) 및 보정된 가속도(αc(t))로부터 고도 변화(ΔH)를 계산한다. 단계(118)에서 위치, 의사거리(pseudoranges), 고도, 도플러 및 방향과 같은 외부 위치결정 정보를 외부 위치결정 소스(82)에서 수신한다. 단계(122)에서 DR 고도(H)를 제공하기 위하여 고도 변화(ΔH)를 축적한다. 연속 작동을 위해 DR 고도계(10)는 DR 고도(H's)의 연속 순차(continuous sequence)를 제공하기 위해 마지막 이전의 DR 고도(H)에 일련의 고도 변화(ΔH's)를 축적한다. 단계(124)에서 고도(H)를 포함한 3차원 위치, 3차원 속도 및 경사각(θ)을 포함한 3차원 방향을 계산하기 위해 칼만 필터링 기술을 이용하여 외부 위치결정 정보를 기초로 DR 고도(H)를 거른다. 단계(126)에서 DR 고도(H) 및 보정된 가속도(αc(t))를 제공하기 위해 이용된 가속도계 바이어스(β)를 업데이트하기 위해 적용된 외부 위치결정 정보를 이용하여 칼만 필터링 기술로 가속도계 바이어스(β)를 재보정한다. 일반적으로 단계(124) 및 단계(126)는 최신의 칼만 필터링 기술로 실행된다. In
단계(132)에서 속도(v(t)) 및 시간으로부터 속도변화율(Δv/Δt)을 계산한다. 단계(134)에서 하기의 식 4를 이용하여 보정된 가속도(αc(t)) 및 속도변화율(Δv/Δt)로부터 경사각(θ)을 계산한다. In
도 7a는 재가동 가속도계 바이어스(β0)를 계산하는 방법의 순서도이다. 방법의 단계는 단계를 실행하기 위한 컴퓨터에 의해 읽힐 수 있는 컴퓨터-판독가능 한(computer-readable) 형태로 유형 매체(tangible medium; 150)에 저장될 수도 있다. 기구(10, 12)는 이 단계를 실행하기 위해 컴퓨터로 기능, 가동 및 운영될 수도 있다. 단계(152)에서 경사각(θ's)을 계산한다. 기구(10, 12)의 전력을 끌 때, 계산된 마지막 경사각(θL)을 저장한다. 7A is a flow chart of a method for calculating the restart accelerometer bias β 0 . The steps of the method may be stored in a
임의 시간 동안 휴지 상태 또는 꺼진 상태로 기구(10, 12)의 전력을 끈다. 단계(154)에서 기구(10, 12)를 켜고 작동하기 시작한다. 단계(155)에서 기구(10, 12)는 상기 식 1에 가속도(α)를 제공하기 위해 가속도(αm(t))를 측정하고, 측정된 가속도(αm(t))에 요각속도(ω(t))를 보정하도록 작동한다. 단계(156)에서 식 1에서 경사각(θL)으로부터 재가동 가속도계 바이어스(β0)를 계산한다.The instrument 10, 12 is turned off in the dormant or off state for some time. In
도 7b는 리턴-투-포지션 보정 방법 실시예의 순서도이다. 방법의 단계는 단계를 실행하기 위한 컴퓨터에 의해 읽힐 수 있는 컴퓨터-판독가능한(computer-readable) 형태로 유체 매체(200)에 저장될 수도 있다. 기구(10, 12)는 이 단계를 실행하기 위하여 컴퓨터로서 기능, 작동 및 운영할 수도 있다. 단계(202)에서 이용자로부터 리턴-투-포지션 트리거를 수신하고 기구(10, 12)는 그것의 위치 및 제1 고도(H1)를 결정한다. 단계(204)에서 기구(10, 12)가 그 움직임을 검출한다. 단계(206)에서 기구(10, 12)가 미리 결정된 시간 범위 안에서 1 내지 3 미터의 한계(thrhold) 내에 동일한 2차원 수평 위치로 복귀했다고 결정할 때 리턴 루프 고도(HR)를 결정한다. 시간의 길이는 몇 초 내지 몇 분일 수도 있다. 또는, 제2 트리 거가 수신될 때 리턴 루프 고도(HR)를 측정한다. 7B is a flowchart of an embodiment of a return-to-position correction method. The steps of the method may be stored in the
간단한 경우, 차량을 주차하고 같은 주차 위치로 루프 백으로 운전할 때 운전자가 기구(10, 12)로 트리거를 보낸다(issue). 이 방법은 기구(10, 12)가 동일한 수평위치로 복귀하거나 두 번째 트리거된 것을 검출할 때 리턴 루프 고도(HR)가 시작 고도(H1)와 동일할 것이라고 가정한다. 단계(208)에서 기구(10, 12)는 고도 변화(ΔH's)의 합계를 0이 되게 하는 가속도계 바이어스(β)를 결정하거나 시작 고도(H1) 및 리턴 루프 고도(HR)가 같아지도록 하는 가속도계 바이어스(β)를 결정한다. In a simple case, the driver issues a trigger to the instrument 10, 12 when the vehicle is parked and driven to the loop back to the same parking position. This method assumes that the return loop altitude H R will be equal to the starting altitude H 1 when the instrument 10, 12 returns to the same horizontal position or detects a second trigger. In
도 7c는 리턴-투-포지션 보정(return-to-position calibration)을 위한 차량 이동의 도표이다. 차량(14)은 위치(250)에서 시작하여, 단일 루프 보정을 위해 시작 위치(250)로 반시계 방향 루프(252)를 이동한다. 이중 루프 보정을 위해 차량(14)은 시계방향 루프(254)를 통해 시작 위치(250)로 다시 복귀한다. 루프(252) 및 루프(254) 둘 중 하나 또는 둘 다 여러 번 반복될 수도 있고 평균된 결과 및 루프는 정확하게 원형일 것을 요구되지 않는다. 7C is a plot of vehicle movement for return-to-position calibration.
도 8은 가속도계 바이어스(β)를 위한 설정값(βI) 및 선형 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 위한 값을 결정하기 위해 리턴-투-포지션 방법을 이용한 이중 루프 보정의 순서도이다. 방법의 단계는 단계를 실행하기 위해 컴퓨터에 의해 읽힐 수 있는 컴퓨터-판독가능한(computer-readable) 형태로 유체 매체(300) 에 저장될 수도 있다. 기구(10, 12)는 단계를 실행하기 위해 컴퓨터로서 기능, 작동 및 운영할 수도 있다. 단계(304)에서 기구(10, 12)가 워밍업된다. 워밍업은 가속도계 바이어스(β)를 안정화시킨다. 단계(306)에서 차량(14)은 제1 방향을 향하여 주차한다. 제1 가속도(αm(t))를 측정한다. 차량(14)이 움직이지 않기 때문에 이 측정된 가속도(αm(t))는 작을 것이다. 8 is a flow chart of double loop correction using a return-to-position method to determine values for setpoint β I and linear position offset L and yaw alignment angle γ for accelerometer bias β. to be. The steps of the method may be stored in the
단계(308)에서 동일 주차 공간으로 복귀하기 위해 차량(14)이 천천히 구동 되고 반대 방향을 향하여 멈춘다. 제2 가속도(αm(t))가 측정된다. 차량(14)가 움직이지 않기 때문에 이 측정된 가속도(αm(t))는 작을 것이다. 단계(314)에서 가속도계 바이어스(βI) 및 지면(25)의 주차 경사각에 대한 중력가속도(g)의 효과를 구별하는데 제1 및 제2 측정된 가속도(αm(t)) 사이의 차이를 이용한다. In
단계(316)에서 시작 고도(H1)를 결정하기 위해 기구(10, 12)는 계산된 가속도계 바이어스(βI) 및 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)의 미리 선택된 추정값을 이용한다. 단계(318)에서 차량(14)은 주차 공간으로 시계방향 (또는 반시계방향) 루프 백에서 급속하게 구동된다. 작동 중에 발생할 요각속도(ω(t)'s)와 유사한 요각속도(ω(t))를 유발하기에 충분히 빨리 구동되어야 한다. 단계(322)에서 제1 리턴-투-포지션(RTP) 고도(HR1)를 결정한다. 단계(324)에서 주차 공간으로 반대 방향 루프백에서 차량(14)을 빠르게 구동한다. 작동 중에 발생할 요각속도 (ω(t)'s)와 유사한 요각속도(ω(t))를 유발하기에 충분히 빨리 구동되어야 한다. 단계(326)에서 제2 리턴-투-포지션(RTP) 고도(HR2)를 결정한다. 단계(328)에서 시작 고도(H1), 제1 RTP 고도(HR1) 및 제2 RTP 고도(HR2)로부터 하기 식 2 및 3을 이용하여 유효한 설치 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 계산한다. 단계(328)는 시작 고도(H1) 및 제1 RTP 고도(HR1) 사이 및 제1 RTP 고도(HR1) 및 제2 RTP 고도(HR2) 사이의 고도 변화(ΔH)의 합이 0이 되도록 가속도계 바이어스(βI), 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 결정한다; 또는 시작 고도(H1), 제1 RTP 고도(HR1) 및 제2 RTP 고도(HR2)가 동일하게 되는 가속도계 바이어스(βI), 위치 오프셋(L) 및 요 얼라이먼트 각(γ)을 결정한다. In order to determine the starting altitude H 1 at
고도 및 경사각의 결정Determination of altitude and tilt angle
다음의 섹션은 고도 변화(ΔH) 및 경사각(θ)을 계산하는 기구(10, 12)의 작동을 나타낸다. 식 2는 측정 시간(ΔT) 및 중력가속도 상수(g)에 대한 보정된 가속도(αc(t)) 및 속도(v(t))를 기초로 한 고도 변화(ΔH)의 계산을 나타낸다. The following section shows the operation of the instruments 10, 12 for calculating the altitude change ΔH and the inclination angle θ. Equation 2 shows the calculation of the altitude change ΔH based on the corrected acceleration α c (t) and velocity v (t) for the measurement time ΔT and the gravitational acceleration constant g.
식 2) Equation 2)
식 3은 측정된 가속도(αm(t)), 가속도계 바이어스(β), 위치 요레이트 에러(ω2(t)×L), 및 얼라이먼트 요레이트 에러(ω(t)×v(t)×γ)의 함수로서 보정된 가속도(αc(t))를 나타낸다. Equation 3 is measured acceleration (α m (t)), accelerometer bias (β), position yaw rate error (ω 2 (t) × L), and alignment yaw rate error (ω (t) × v (t) × the corrected acceleration α c (t) as a function of γ).
3) αc(t)=αm(t)+β-ω2(t)L-ω(t)v(t)γ3) α c (t) = α m (t) + β-ω 2 (t) L-ω (t) v (t) γ
위치 요레이트 에러는 좌회전 또는 우회전에 대해 동일하다. 얼라이먼트 요레이트 에러는 동일하며 좌회전 및 우회전에 대해 반대이다. 식 4는 보정된 가속도(αc(t)) 및 시간에 대한 속도 변화율(Δv/Δt)의 함수로서 경사각(θ)을 나타낸다. The position yaw rate error is the same for left turn or right turn. Alignment yaw rate error is the same and opposite for left turn and right turn. Equation 4 represents the inclination angle θ as a function of the corrected acceleration α c (t) and the rate of change of velocity Δv / Δt over time.
4) θ=Sin-1{[αc(t))-Δv/Δt]/g}4) θ = Sin- 1 {[α c (t))-Δv / Δt] / g}
일반적인 이익General profit
실시예는 GPS 수신기, 요레이트 자이로(yaw rate gyro) 또는 방향 자이로(heading gyro), 전송 샤프트 또는 휠 속도 측정 장치를 포함하는 차량 네비게이션 기구의 성능 및 선택적으로 맵-매치 성능을 향상시킬 수도 있다. 차등 GPS(differential GPS) 측정 없이, 1~2 미터 내에서 이 기구의 정확도를 향상시키기 위해; 및 연속 또는 스무드(smooth) GPS 측정 없이 연속 및 스무드 고도 및 경사각을 제공하기 위해, 실시예는 전진 방향 선형 가속도계 및 일부 가속도계 보정 알고리즘을 추가할 수도 있다. Embodiments may improve the performance and optionally map-match performance of vehicle navigational mechanisms including GPS receivers, yaw rate gyro or heading gyro, transmission shafts or wheel speed measurement devices. To improve the accuracy of the instrument within one or two meters, without differential GPS measurement; And to provide continuous and smooth elevation and tilt angles without continuous or smooth GPS measurements, embodiments may add a forward linear accelerometer and some accelerometer correction algorithms.
GPS 위도와 경도 측정이 고도 상의 에러와 관련 있다는 것은 공지되어 있다. 고도에 대한 지식을 향상시켜서, 이 상호 관계를 통해 위도와 경도 지식이 향상될 수도 있다. 시야가 제한된 상황에서, GPS 속도는 잡음이 많을 수도 있고, 또는 GPS 위성 신호의 구성(geometry)(DOP)이 빈약할 수도 있으며, 또는 단지 3개의 GPS 위성 신호만 유효할 수도 있다. 그러한 경우에 향상된 고도 측정은 위도 및 경도 측정을 상당히 향상시킨다. It is known that GPS latitude and longitude measurements are associated with errors on altitude. By improving knowledge of altitude, this interrelationship may improve knowledge of latitude and longitude. In limited vision, the GPS speed may be noisy, or the geometry of the GPS satellite signal (DOP) may be poor, or only three GPS satellite signals may be valid. In such cases, improved altitude measurements significantly improve latitude and longitude measurements.
GPS 정확도보다 우수할 수도 있는 고도의 직접 지식을 고도 정보를 포함하는 맵-매칭 데이터베이스와 조합하여 이용한다. 정확한 고도 또는 고도 변화 정보를 이용하여, 맵-매치 알고리즘은 차량이 고속도로-오프 경사로(highway-off ramp)에서 두 평행 트랙 중 하나에 있는지, 그 중의 하나가 상승하는지 또는 하강하는지, 그 중에 하나가 아닌지 여부를 빨리 결정할 수 있다. GPS 및 방향 자이로만 이용하면 두 가능한 경로가 GPS 정확도에 알맞은 거리만큼 맵-매치 데이터베이스에서 수 평으로 분리된 점으로, 실질적인 거리만큼 이동할 때까지 그런 결정을 하기 위해 필요한 정확도를 생성할 수 없을 수도 있다. 차량이 고속도로를 떠났는지 여부의 지식은 경로 정보를 신속하게 결정함에 있어 중요하다. 고도의 직접 지식은 또한 GPS 적용범위(coverage) 또는 부정확한 GPS-기초 고도 없이 다층 주차 구조에 있을 때 차량의 수직 위치를 설정할 수도 있다. Highly direct knowledge, which may be superior to GPS accuracy, is used in combination with a map-matching database containing altitude information. Using accurate altitude or elevation change information, the map-match algorithm determines whether the vehicle is on one of two parallel tracks on a highway-off ramp, whether one is rising or falling, You can quickly decide whether or not. With GPS and directional gyro alone, the two possible paths are horizontally separated from the map-match database by a distance appropriate for GPS accuracy, and may not be able to generate the accuracy needed to make such a decision until the actual distance is traveled. . Knowledge of whether the vehicle has left the highway is important for quickly determining route information. Elevated direct knowledge may also set the vehicle's vertical position when in a multi-tiered parking structure without GPS coverage or incorrect GPS-based altitude.
도 9a는 층(floor; 512)이 GNSS-기반 고도에 의해 신뢰가능하게 구별되지 않을 때 나선형 경사로(spiraling ramp)에 의해 접속된 층(512) 사이를 구별하는데 DR 고도(H)가 이용되는 주차장의 층(512)을 도시한다. 9A shows a parking lot in which the DR altitude H is used to distinguish between
도 9b는 고속도로(522), 상방 접속 도로 경사로(524) 및 하방 접속 도로 경사로(526)를 도시하며 경사로 도로가 GNSS-기반 방향에 의해 신뢰가능하게 구별되지 않을 때 경사각(θ)의 측정을 통해 상방 경사로 도로(524) 및 하방 경사로 도로(526)를 구별한다. FIG. 9B shows the
본 발명은 실시예의 측면에서 기술되더라도, 이와 같은 개시는 제한하는 것으로 해석되지 않는다고 이해될 것이다. 다양한 상위집합, 부분집합 및 동등안이 상기 개시를 읽은 후의 당업자에게 명백함은 의심할 바가 없다. 그러나, 이들 상위집합, 부분집합 및 동등안은 발명의 아이디어를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 따라서, 하기의 청구항은 본 발명의 진정한 정신 및 범위를 덮는 것으로 해석될 것이다. Although the invention has been described in terms of embodiments, it will be understood that such disclosure is not to be construed as limiting. There is no doubt that various supersets, subsets, and equivalents will be apparent to those skilled in the art after reading this disclosure. However, these supersets, subsets and equivalents should not be considered as limiting the idea of the invention. Accordingly, the following claims will be construed to cover the true spirit and scope of the present invention.
개념concept
개념 1. 전진 속도를 결정하는 속도계;
전진 가속도를 측정하는 가속도계; 및An accelerometer for measuring forward acceleration; And
상기 속도 및 상기 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 DR 고도 계산기;를 포함하는 추측 항법 고도계.And a DR altitude calculator that calculates an altitude change based on the speed and the measured acceleration.
개념 2. 요각속도를 측정하는 요레이트 센서; 및Concept 2. yaw rate sensor for measuring yaw rate; And
보정된 가속도를 결정하기 위해 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 요보정장치;를 더 포함하며,And a yaw correction device for correcting the measured acceleration according to the yaw rate to determine the corrected acceleration.
상기 DR 고도 계산기는 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하도록 형성된 상기 개념 1의 고도계.And the DR altitude calculator is configured to use the corrected acceleration along with the velocity to calculate the altitude change.
개념 3. 상기 요보정장치는 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 회전 반경선에 각각 선형 위치 오프셋으로 상기 요각속도를 상기 측정된 가속도에 보정하는 요 위치 보정장치를 포함하는 상기 개념 2의 고도계.Concept 3. The yaw correction device of claim 2, wherein the yaw correction device includes a yaw position corrector for correcting the yaw rate to the measured acceleration at a linear position offset in each rotation radius to determine the corrected acceleration.
개념 4. 시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하여 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 리턴-투-포지션 보정 검출기를 더 포함하는 상기 개념 3의 고도계.Concept 4. Measuring the linear position offset using a dual return loop having a first return-to-position after one loop, either a clockwise loop or a counterclockwise loop, and a second return-to-position after the loop opposite to the direction. The altimeter of concept 3 further comprising a return-to-position correction detector.
개념 5. 상기 요보정장치는 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 요 얼라이먼트 각으로 상기 요각속도를 측정된 가속도에 보정하도록 형성된 요 얼라이먼트 보정장치를 포함하는 상기 개념 2의 고도계.Concept 5. The altimeter of Concept 2 wherein the yaw correction device includes a yaw alignment corrector configured to correct the yaw rate to a measured acceleration at a yaw alignment angle to determine the corrected acceleration.
개념 6. 시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하여 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 리턴-투-포지션 보정 검출기를 더 포함하는 상기 개념 5의 고도계.Concept 6. Measuring the linear position offset using a dual return loop having a first return-to-position after one loop, either a clockwise loop or a counterclockwise loop, and a second return-to-position after the loop opposite to the direction. The altimeter of concept 5 further comprising a return-to-position correction detector.
개념 7. 보정된 가속도를 결정하기 위해 가속도계 바이어스에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 바이어스 보정장치를 더 포함하며,
상기 DR 고도 계산기는 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하도록 형성된 상기 개념 1의 고도계.And the DR altitude calculator is configured to use the corrected acceleration along with the velocity to calculate the altitude change.
개념 8. 상기 가속도계 바이어스를 측정하기 위해 외부 고도 위치(fix)로 상기 고도 변화를 여과하도록 형성된 칼만 필터를 더 포함하는 상기 개념 7의 고도계.Concept 8. The altimeter of
개념 9. 상기 외부 고도 위치(fix)는 GNSS 신호에서 파생된 상기 개념 8의 고도계.Concept 9. The altimeter of Concept 8 wherein the external altitude fix is derived from a GNSS signal.
개념 10. 상기 외부 고도 위치(fix)는 맵-매칭에서 파생된 상기 개념 8의 고도계.Concept 10. The altimeter of Concept 8 wherein the external altitude fix is derived from map-matching.
개념 11. 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 리턴-투-포지션 보정장치를 더 포함하는 상기 개념 7의 고도계.Concept 11. The altimeter of
개념 12. 반대 방향을 향하는 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 리턴-투-포지션 보정장치를 더 포함하는 상기 개념 7의 고도계.Concept 12. The altimeter of
개념 13. 상기 보정된 가속도 및 상기 속도 변화율을 기초로 경사각을 계산하는 경사각 계산기; 및Concept 13. An inclination angle calculator for calculating an inclination angle based on the corrected acceleration and the speed change rate; And
정지 시간 기간 전의 마지막 상기 경사각을 기초로 상기 정지 시간 기간 후의 재가동 움직임에서의 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 재가동 바이어스 검출기;를 더 포함하는 상기 개념 7의 고도계.And a restart bias detector that measures the accelerometer bias in the restart movement after the pause time period based on the last angle of inclination before the pause time period.
개념 14. GNSS-기반 고도를 포함한 GNSS-기반 위치를 결정하는 GNSS 수신기; 및
요각속도를 측정하는 요레이트 센서를 더 포함하며,Further comprising a yaw rate sensor for measuring the yaw rate,
상기 DR 고도 계산기는 상기 GNSS-기반 고도보다 더 향상된 정확도를 가지는 DR 고도를 제공하기 위해 상기 요각속도, 상기 GNSS-기반 위치 및 상기 고도변화를 이용하도록 형성된 상기 개념 1의 고도계.And the DR altitude calculator is configured to use the yaw rate, the GNSS-based position and the altitude change to provide a DR altitude with improved accuracy than the GNSS-based altitude.
개념 15. 주차장의 층을 가지는 맵을 더 포함하며,Concept 15. It further includes a map having a floor of parking lot,
상기 DR 고도는 상기 층을 상기 GNSS-기반 고도에 의해 신뢰가능하게 구별할 수 없을 때 상기 층 사이를 구별하도록 이용되는 상기 개념 14의 고도계.And said DR elevation is used to distinguish between said layers when said layers cannot be reliably distinguished by said GNSS-based altitude.
개념 16. 전진 속도를 결정하는 것;
전진 가속도를 측정하는 것; 및Measuring forward acceleration; And
상기 속도 및 상기 측정된 가속도를 기초로 고도 변화를 계산하는 것;을 포함하는 추측 항법 고도를 위한 방법.Calculating an altitude change based on the speed and the measured acceleration.
개념 17. 요각속도를 측정하는 것; 및 Concept 17. Measuring the yaw rate; And
보정된 가속도를 결정하기 위해 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것;을 더 포함하며,Correcting the measured acceleration according to the yaw rate to determine a corrected acceleration;
상기 고도 변화를 계산하는 것은 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함하는 상기 개념 16의 방법.Computing the elevation change includes using the corrected acceleration with the velocity to calculate the elevation change.
개념 18. 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것은 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 회전 반경선에 각각 선형 위치 오프셋으로 상기 요 각속도를 보정하는 것을 포함하는 상기 개념 17의 방법.
개념 19. 시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하는 것을 포함하는 상기 선형 위치 오프셋을 측정하는 것을 더 포함하는 상기 개념 18의 방법.Concept 19. The linear position offset comprising using a dual return loop having a first return-to-position after one of the clockwise or counterclockwise loops and a second return-to-position after the loop opposite to the direction The method of
개념 20. 상기 요각속도에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것은 상기 보정된 가속도를 결정하기 위해 요 얼라이먼트 각을 상기 요각속도에 보정하는 것을 포함하는 상기 개념 17의 방법.Concept 20. The method of concept 17 wherein correcting the measured acceleration according to the yaw rate comprises correcting the yaw alignment angle to the yaw rate to determine the corrected acceleration.
개념 21. 시계 방향 루프 또는 반시계 방향 루프 중 한 루프 후의 제1 리턴-투-포지션 및 상기 방향과 반대 루프 후의 제2 리턴-투-포지션을 가지는 이중 리턴 루프를 이용하는 것을 포함하는 상기 요 얼라이먼트 각을 측정하는 것을 더 포함하는 상기 개념 20의 방법.Concept 21. The yaw alignment angle comprising using a dual return loop having a first return-to-position after one of the clockwise or counterclockwise loops and a second return-to-position after the loop opposite to the direction The method of concept 20 further comprising measuring.
개념 22. 보정된 각속도를 제공하기 위해 가속도계 바이어스에 따라 상기 측정된 가속도를 보정하는 것을 더 포함하며,
상기 고도 변화를 계산하는 것은 상기 고도 변화를 계산하기 위해 상기 속도와 함께 상기 보정된 가속도를 이용하는 것을 포함하는 상기 개념 16의 방법.Computing the elevation change includes using the corrected acceleration with the velocity to calculate the elevation change.
개념 23. 상기 가속도계 바이어스를 측정하기 위해 외부 고도 위치(fix)로 상기 고도 변화를 칼만 필터링하는 것을 더 포함하는 상기 개념 22의 방법.
개념 24. 상기 외부 고도 위치(fix)는 GNSS 신호에서 파생되는 상기 개념 23의 방법. Concept 24. The method of
개념 25. 상기 외부 고도 위치(fix)는 맵-매칭에서 파생되는 상기 개념 23의 방법.
개념 26. 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것을 더 포함하는 상기 개념 22의 방법. Concept 26. The method of
개념 27. 반대 방향을 향하는 리턴-투-포지션을 기초로 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것을 더 포함하는 상기 개념 22의 방법. Concept 27. The method of
개념 28. 상기 보정된 가속도 및 상기 속도 변화율을 기초로 경사각을 계산하는 것; 및Concept 28. calculating an inclination angle based on the corrected acceleration and the rate of change of speed; And
정지 시간 기간 전의 마지막 상기 경사각을 기초로 상기 정지 시간 기간 후의 재가동 움직임에서의 상기 가속도계 바이어스를 측정하는 것;을 더 포함하는 상 기 개념 22의 방법. Measuring the accelerometer bias in the reactivation movement after the pause time period based on the last angle of inclination before the pause time period.
개념 29. GNSS-기반 고도를 포함한 GNSS-기반 위치를 결정하는 것; 및Concept 29. Determining GNSS-based location including GNSS-based altitude; And
요각속도를 측정하는 것;을 더 포함하며,Measuring the yaw rate;
상기 DR 고도 계산하는 것은 상기 GNSS-기반 고도보다 더 향상된 정확도를 가지는 DR 고도를 제공하기 위해 상기 요각속도, 상기 GNSS-기반 위치 및 상기 고도변화를 이용하는 것을 포함하는 상기 개념 16의 방법. And calculating the DR altitude comprises using the yaw rate, the GNSS-based position and the altitude change to provide a DR altitude with an improved accuracy than the GNSS-based altitude.
개념 30. 주차장의 층을 가지는 전자 맵을 제공하는 것; 및 Concept 30. providing an electronic map having a floor of a parking lot; And
상기 층을 상기 GNSS-기반 고도에 의해 신뢰가능하게 구별할 수 없을 때 상기 층 사이를 구별하도록 상기 DR 고도를 이용하는 것;을 더 포함하는 상기 개념 29의 방법. And using the DR altitude to distinguish between the layers when the layer cannot be reliably distinguished by the GNSS-based altitude.
도 1은 추측 항법 고도계 및 경사계를 포함하는 차량을 도시한다; 1 shows a vehicle including a dead reckoning altimeter and inclinometer;
도 1a는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계의 가속도계를 위한 요 얼라이먼트 각을 도시한다; FIG. 1A shows the yaw alignment angle for the accelerometer of the dead reckoning altimeter and inclinometer of FIG. 1;
도 2는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계의 블록도이다; 2 is a block diagram of the dead reckoning altimeter and inclinometer of FIG. 1;
도 3은 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계의 가속도 보정장치의 블록도이다; 3 is a block diagram of an acceleration correction device of the dead reckoning altimeter and inclinometer of FIG. 1;
도 4는 3차원 위치, 속도(velocity) 및 방향(heading)의 정확도를 향상하기 위한 칼만 필터(Kalman Filter)를 포함하는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계의 블록도이다; 4 is a block diagram of the dead reckoning altimeter and inclinometer of FIG. 1 including a Kalman Filter to improve the accuracy of three-dimensional position, velocity and heading;
도 5는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계를 위한 가속도계 위치 오프셋 및 요 얼라이먼트 각을 도시한다; 5 shows the accelerometer position offset and yaw alignment angle for the dead reckoning altimeter and inclinometer of FIG. 1;
도 6은 고도 변화 및 경사각 및 추측 항법 위치, 속도(velocity) 및 방향(heading)을 결정하는 방법의 순서도이다; 6 is a flow chart of a method for determining altitude change and tilt angle and dead reckoning position, velocity and heading;
도 7a는 재가동을 위한 가속도계 바이어스 보정(calibration)을 결정하는 방법의 순서도이다; 7A is a flowchart of a method of determining accelerometer bias calibration for restarting;
도 7b는 가속도계 바이어스 보정(calibration)을 결정하는 리턴-투-포지션 방법(return-to-position method)의 순서도이다; FIG. 7B is a flowchart of a return-to-position method for determining accelerometer bias calibration; FIG.
도 7c는 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계를 위한 가속도계 바이어스 보정(calibration)을 결정하는 카운터 로테이션 루프(counter rotation loop)가 이용 되는 차량 이동을 나타내는 도표이다; FIG. 7C is a diagram showing vehicle movement in which a counter rotation loop is used to determine accelerometer bias calibration for the dead reckoning altimeter and inclinometer of FIG. 1; FIG.
도 8은 도 1의 추측 항법 고도계 및 경사계 및 도 6의 방법을 위한 가속도계 바이어스, 선형 위치 오프셋 및 요 얼라이먼트 각을 결정하는 리턴-투-포지션 초기 설치 방법(return-to-position initial installation method)의 순서도이다; 8 is an illustration of the return-to-position initial installation method for determining the accelerometer bias, linear position offset and yaw alignment angle for the dead reckoning altimeter and inclinometer of FIG. 1 and the method of FIG. It is a flowchart;
도 9a 및 9b는 도 1의 추측 항법 고도계 및/또는 경사계가 유리하게 이용되는 주차장의 층(floor) 및 고속도로 연결 경사로(highway connecting ramp roads)를 도시한다.9A and 9B illustrate the floor and highway connecting ramp roads of a parking lot in which the dead reckoning altimeter and / or inclinometer of FIG. 1 is advantageously used.
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